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        彈簧管壓力表有限元仿真分析

        發(fā)布時(shí)間:2018-03-15 17:01:43 瀏覽:次

        在Ansys中建立壓力表彈簧管的幾何模型,對模型進(jìn)行受力分析,得到壓力表彈簧管在工作狀態(tài)下的受力云圖和位移云圖。從云圖中可得壓力表 最大受力處和最大位移處。對彈簧管進(jìn)行模態(tài)分析,得到彈簧管加載前的固有頻率,仿真的結(jié)果符合實(shí)際情況并且為壓力表的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了參考。

        壓力表是一種用于氣體、液體和蒸汽的壓力測量。 其工作原理是利用彈性敏感元件在壓力作用下產(chǎn)生彈性 形變,其形變量的大小與作用的壓力成一定的線性關(guān)系, 在通過傳動結(jié)構(gòu)放大,最后利用指針在分度盤上指示出 來。壓力表按照彈性敏感元件的不同可分為:彈簧管式、 膜盒式、膜片式盒和波紋管式,本文以最常見的彈簧管式 壓力表作為研究對象。

        1.模型的建立

        為了研究的簡便在Ansys中建立彈簧管的橫截面模 型,其中模型的角度為270°,橫截面的內(nèi)半徑為55mm, 彈簧管的厚度為1.2mm

        2.有限元仿真

        定義單元類型為planel82單元,彈性模量2. lell, 泊松比為0.3,壓力表的彈簧管承受4MPa的壓力。模型 建立后采用智能網(wǎng)格劃分的方式,為了將網(wǎng)格劃分的更 加精細(xì),采用智能等級數(shù)為2。同時(shí)將彈簧管的底部定 義為完全約束的條件,其模型如圖1所示:

        3.結(jié)果分析

        壓力表的在受到外加壓力的情況下,彈簧管的半徑 比沒有施加作用力的情況下的半徑增大,其變化的云圖 如圖2所示:

        根據(jù)圖3,圖4在受到4MPa的外加作用力的情況 下,主要應(yīng)力集中在彈簧管的圓拱處的兩側(cè)部分,其最大 應(yīng)力

        10900MPa同時(shí)彈簧管的最大位移主要集中在 彈簧管的自由端附近,其最大位移為11. 39mm


        根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)原理,具有n個(gè)自由度的離散化結(jié) 構(gòu)的振動方程為:

        M'x ⑴ + Cx (t) +Kx(t) =0 M—結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣;C一結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣;/i一結(jié)構(gòu) 的剛度矩陣。

        設(shè)其結(jié)為:{*} = {<?}#;

        則其特征方程為:|[A]-w2[M] 1=0 w—模態(tài)的固有頻率;{}一固有頻率對應(yīng)的模態(tài)的 振型矢量(特征矢量)。

        運(yùn)用Ansys軟件進(jìn)行模態(tài)分析求解,定義壓力表彈 簧管的密度為7850,其它相關(guān)參數(shù)與前述參數(shù)一致,共提 取前5階模態(tài)頻率。其計(jì)算結(jié)果和對應(yīng)陣型如表1所示。

        分析彈簧管的固有頻率可以發(fā)現(xiàn),彈簧管的振動存在 半徑內(nèi)和Y方向的這兩種,這也與實(shí)際情況是相吻合的。

        4.結(jié)論

        在Ansys中建立壓力表彈簧管的幾何模型,,然后通 過Ansys對壓力表彈簧管進(jìn)行對應(yīng)的材料賦值,再對壓 力表的彈簧管進(jìn)行有限元分析,從而得到彈簧管在受力 情況下的應(yīng)力云圖、位移云圖。對壓力表彈簧管進(jìn)行加 載前的模態(tài)分析,可獲得其前五階的固有頻率。彈簧管 的模態(tài)分析結(jié)果可以對彈簧管和壓力儀表的減震設(shè)計(jì)提 供了參考依據(jù)。

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